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1、-无线传感器网络多径路由抗干扰的研究毕业论文-第 3 页无线传感器网络多径路由抗干扰的研究摘 要作为一种新型的测控网络，无线传感器网络因为种先进技术的综合和良好的应用前景，受到研究界的一致关注。作为核心技术之一的路由协议直接影响着无线传感器网络的性能。相较于单经路由技术而言，多径路由技术因其独特的优势而被寄予更多的关注，但是这种优势在实际网络运行中的发挥一直受到多路径之间相互干扰的影响和制约。因此，研究无线传感器网络中的多径路由技术以及抗干扰能力，其意义非常重大。本文的研究目的在于设计一种能量高效的多径路由及抗干扰算法，所研究内容主要包括以下三部分：(1)首先叙述总结了关于多径路由技术及抗干扰
2、算法的基础知识，分析探讨了多径路由的概念模型、基础结构、传输模式、技术优势、发展方向；然后就无线网络中的“干扰”概念进行了阐述，对当前研究中常见的两种干扰模型进行了介绍，并对这两种模型做出了几何化分析；最后对以上两种模型在应用中所采用的抗干扰策略进行了介绍。(2)在多径路由技术中，网络效能的优化能通过流量调节来实现，基于这一理念完成了能效优化多径路由模型的构建，模型充分考虑到了流量分配对能耗的传输和均衡的影响，其优化目标是无线网络中剩余能量的最大值和最小值之间的能量方差。在该模型的基础上设计出一种多径流量算法，利用该算法合理调配多路径上的流量，使得网络能量的利用率显著提高，既有效降低了传输能耗
3、，同时又实现了能耗均衡。(3)针对多条路经之间的相互干扰对多径路由造成的严重影响，设计出一种基于联合信道分配及功率控制两种技术的抗干扰算法。其基本原理是集合所有的链路可选信道，计算出切换信道和抗干扰所产生的能量代价，通过概率方法确定信道，然后用虚拟功率对符合条件的信道施行控制博弈，就可得出节点的发射功率。实验表明，该联合信道分配和功率控制两种技术所优化设计出来的抗干扰技术，能够非常好的抵抗多径路由所产生的相互干扰。关键词：无线传感器网络，多径路由，流量分配，抗干扰，信道分配，功率控制AbstractWireless sensor network is a novel measure and c
4、ontrol network which composites multiple advanced technologies, and it has drawn widespread attention of the research field due to its great application prospect. Routing protocol as one of the key technologies in wireless sensor network directly reacts on the preferences of network. Multi-path rout
5、ing has been widely attended due to the unique advantages which single-path routing doesnt have, but the multipath interference has become a main factor that restricts the advantage of multipath played in actual network operation. Therefore, it has both theoretical and practical significance for wir
6、eless sensor networks to study on multi-path routing and anti-interference. This paper aims to design a kind of energy efficient multi-path routing and anti- interference algorithm, Specific research works are as follows:(1)Relevant basic knowledge of the research on multipath and anti-interference
7、were summarized, the model, structure, transmit mode, advantages and developing trend of multipath routing were analyzed at first, then we expound the definition of interference in wireless network, introduce two kinds of widely used interference model in research field and give the geometric analys
8、is of them, finally, two kinds of typical anti-interference strategies were introduced, these lay the foundation for the design of our multipath and anti-interference algorithm.(2)Based on the thinking of multipath routing can optimize energy efficiency through flow allocation, we consider the influ
9、ence of flow on both transmission energy consumption and its equilibrium characteristic, take maximum of the total remaining energy and minimum of the remaining energy variance as optimal objectives to build energy efficiency optimization multi-path routing model. Then a multi-path flow allocating r
10、outing algorithm has been proposed based on the model, it can optimize energy efficiency of the network by reasonably allocating the flow on multi-path, and achieve the goal of reducing energy consumption and balancing its distribution simultaneously.(3)According to the problem that there exists int
11、erference seriously between multiple path in multipath routing, a joint channel allocation and power control algorithm for interference management in wireless sensor network has been presented. In this algorithm, available channel set is established for each link, and channel is probabilistic alloca
12、ted according to the energy cost of anti-interference and channel hopping, then virtual power control game on each channel is played to determine nodes transmit power. Simulation results show that, our algorithm can achieve the goal of reducing interference energy-efficiently by optimal design of jo
13、int the anti-interference technologies of channel allocation and power control.Keywords：wireless sensor network; multipath routing; anti-interference; flow allocation; channel allocation; power control毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他
14、人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所
15、呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者
16、签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1课题研究背景与意义11.2 课题研究现状及存在问题21.3 主要研究内容及组织结构安排7第2章 WSN多径路由及抗干扰研究基础92.1 引言92.2 无线传感器网络多径路由研究分析92.2.1 多径路由模型92.2.2 多径路由的结构及传输模式102.2.3 多径路由的优势及未来发展趋势122.3 无线传感器网络抗干扰研究分析132.3.1 无线网络中的干扰132.3.2 无线网络干扰模型142.3.3 无线传感器网络抗干扰技术202.4 本章小结22第3章 WSN多径流量分配路由算法
17、233.1 引言233.2 能效优化多径路由模型243.2.1 模型建立243.2.2 模型简化及分析253.2.3 模型求解273.3 多径流量分配路由算法293.3.1 信息交换阶段293.3.2 多路径统计阶段303.3.3 流量分配阶段313.4 仿真实验与性能分析323.4.1 网络传输能耗特性分析333.4.2 网络能耗均衡特性分析343.4.2 算法能效特性综合分析353.5 本章小结36第4章 WSN联合信道分配和功率控制抗干扰算法374.1 引言374.2 联合信道分配和功率控制抗干扰模型374.3 联合信道分配和功率控制抗干扰算法434.3.1 信道分配阶段444.3.2
18、功率控制阶段454.4 仿真实验与性能分析464.4.1 信道分配仿真实验与分析474.4.2 功率控制仿真实验与分析504.4.3 算法抗干扰特性综合分析544.5 本章小结54结 论55参考文献57攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果62致 谢63作者简介64第1章 绪 论1.1课题研究的背景与意义作为一种新型测控网络，无线传感器网络(英文缩写WSN)之所以能够对需要监测的环境实现对信息的实时监测和收集，并向终端用户及时提供和传输这些信息1,2，主要是因为其汇集了多种现代化高科技技术，包括无线通讯、传感器、智能化信息系统、嵌入式分布计算等， WSN涉及到多个技术领域，各学科之间高度交叉
19、，因而成为当前国际上的前沿研究热点而备受关注3。图1-1中是一个较为常用的WSN网络结构图。从图中可以看出，WSN最基本的构成要素是节点，在监测区域内分布着大量的节点，节点的组成部分主要有四个基本单元，分别是传感器、处理器、无线通信和电源。对这些节点来说，主要是在相互配合协调之下采集、获取并向终端客户传输数据信息，其传输的前提是所有节点共同汇集成密集的节点网络，其传输的中间介质是基站(sink)，其数据传输的方式采取的是多跳。对终端客户来说，也能够通过特定的设备，对网络中的节点实现遥控操作4。互联网或卫星用户电源传感器单处理器单元无线通信单元传感器节点结构基站WSN监测区域图1-1 WSN网络
20、的典型结构在上世纪70年代，美国军方就开始了对WSN的研究，并在战场监测中进行了实践应用5。90年代以后，针对WSN的研究，美国军方开始与其国内的众多著名大学进行合作，将研究推向更广泛、更深入的领域，其中包括斯坦福、加州伯克利、加州洛杉矶等美国的常青藤名校。也是自那时起，在美国之外，西欧的英、法、德，东亚的日、印等众多国家全或联合、或独立，都开始加入到研究队伍中来，继而引起了更多的国家和地区加入研究，由此掀起了全球范围内研究WSN领域的浪潮。在国内，对WSN的研究也已经在很多高等院校、科研院所、研究机构中广泛开展，中国国家自然科学基金会对此一直非常支持并大力资助。相比传统的网线网络来说，WSN
21、网络的规模更大、组织能力更强，而且还具有一些之前没有的新特征，例如WSN网络是以数据信息为核心的，其路由为多跳，其拓扑为动态。因此在未来可被广泛应用于支持军事战争、监测环境信息、探索空间资源、开发智能交通、抢险救灾、医疗保健、商业开发等众多领域，其应用前景被一直看好，其发展空间引人遐想6。因此在继互联网之后，WSN成为IT领域的又一个热点技术，将对21世纪的产业变革产生巨大推动力，更会深刻影响到未来的人类社会生活。在美国的许多知名杂志在讨论未来的新技术时几乎全部给予WSN很高的评价，商业周刊在1999年评选的在新世纪里作用和影响最大的21项新技术，其中就包括WSN7；MIT技术评论在2003年
22、2月曾进行一项评选调查，在被认为对世界具有推动和改变作用的10项新技术中，WSN位居第一位8；商业周刊在2003年8月也曾作出预测，在21世纪的高科技领域产业中，WSN将成为四个支柱之一9。当前，作为一项新兴技术，无论是对WSN理论体系的研究，还是对其在应用上的开发，都还处于探索阶段。而在WSN网络的技术体系中，路由技术是其中的核心，路由协议的性能直接影响到WSN网络的性能，是WSN网络的各项功能得以实现的基础技术，因而在研究中成为热点对象，也是其中的难点对象。其功能可以描述为：对网络拓扑的实时状态及时全程掌握，对多个节点的数据传输信息进行交换，将源节点与其相匹配的目的节点联系起来，在两者之间
23、建立合适的传输路径，依此传输相关数据信息。因为在研究与设计路由协议时，要充分考虑WSN的一些传统网络所没有的新特性，而且也要与实际应用相结合起来，所以这个课题具有非常大的挑战性，同时也具有非常重要的理论意义和非常广泛的应用价值。考虑到WSN的传感器节点能量受限这一显著特征，设计WSN路由协议的首要目标就是建立能量有效的数据传输路径和安全的数据传输机制，使得WSN的应用期限不断增加10。1.2 课题研究的现状与存在的问题当前，单径路由和多经路由是WSN路由协议的2个主要方向，划分的依据是路由协议在数据传输时使用的路径数量的不同。单径路由的优势在于其简单的结构和较少的通信开销量，从而在设计难度不高
24、，相对较为简单，存储所占用的虚拟空间也不多；但其缺点在于没有很好的容错性11，如果第一次建立的路径无法进行数据传输就无法再继续使用，只得再次启动建立新的路由，需要消耗大量能量，不符合WSN的特点。以下5个单径路由协议在研究和实际应用中较为常见：(1)Gossiping协议12：又称为闲聊协议，属于单径路由协议中的经典类型，每一个节点的数据转发对象都是随意选择的，数据通过不同的邻居节点一直传递到目的节点。该协议设计起来非常简单，执行起来也很容易，但却使得传输实时性大为降低，协议扩展性也难以体现。 (2)Rumor协议13：在该协议中数据信息是被随机传送的，如果Agent包的数据传输路径遇到路由查
25、询请求包的路径，则在交汇处构建路由，否则数据信息将沿着原路径继续传输。该协议的数据传输所消耗的能量较多，并不适合于大量的网络事件。(3)GPSR协议14：对网络中的所有节点按照地理位置实行统一编址，节点通过这些编址信息就能够直接路由，而无需再建立和维护路由表，使传输时延减少。该协议的缺点是可能会使网络流量呈现不均匀分布，对网络的连通性和网络寿命有所影响。(4)LEARCH协议15：该协议最先提出了路由分层，在网络的各个节点内利用簇头采集和获取数据信息，然后向sink节点传输，这过程中所使用的簇头是随机选择的，这样固然能使网络的能量使用趋于均衡状态，有利于网络使用期限的增加，但同时也会耗费大量的
26、能量。(5)SPEED协议16：这是一种适时路由协议，其决定路由的依据是节点的地理位置信息，并充分考虑到了QoS参数，如传输速率、网络拥挤、负载平衡等。该协议的优点在于所构建的路径QoS性能优良，缺点在于需要耗费大量的网络能量。单经路由在不断增大的网络规模和越来越多的信息传递的形势下，表现出越来越明显的局限性，例如网络负载不均衡、数据传输过程不安全、宽使用率较低、容易造成路径堵塞等。相对来说，多经路由在这些方面的优势明显要好很多，所以正在越来越成为研究的重点领域和发展的主要方向。以下7中多径路由协议在研究和应用中比较常见： (1)Floodin协议：又称为泛洪协议，比较简单但却很经典，当某一个
27、节点发送数据时，就会在数据到达目的节点或者数据包过期之前，用广播的方式向邻居节点传递信息。该协议的缺点主要是数据容易出现重复、信息可能会发生内爆等。(2)SPIN协议17：该协议为了减少数据重复现象，化解信息内暴矛盾，在构建多路径的时候引进了“三次握手”的路径机制，但这也带来过分依赖数据需求的问题，数据在传输过程中被一个节点拒收，也无法再向其他节点传输，这就造成了数据传输中断的问题。 (3)DD协议18：该多经路由协议将数据信息作为协议的核心部分，在数据传输过程中首先对所有节点进行兴趣查询，然后按照查询结果所呈现的信息分布，逐个确定数据传输的反向路径。该协议的优点在于良好的健壮性和较少的数据通
28、信量，缺点在于过大的开销和一定程度上的时延。(4)HREEMR协议19：该协议在传输数据时先通过最优主路径的构建连通源节点与目的节点，所采用的方法是本地化的形式；然后通过多条备用路径的构建与主路径连接起来，如果主路径在传输信息时出现故障或者失误，则立即通过备用路径来修复或者暂时代替数据传输任务。 (5)MDR协议20：该协议在平时状态下并不会主动构建路径，当源节点需要向目的节点传输数据时，才开始在两者之间构建起多条路经，这样就能够节省大量的网络能量；当构建起多条路经后，数据信息就会同时通过这些路经并行传输，可靠性、安全性大大提升。 (6)H-SPREAD协议21：该协议所构建的是一种“多对一”
29、的分布式多路径，在一个节点处交汇的路径有很多条，而且彼此之间并不连通，数据信息的获取采用的是混合机制，这种方式的优点在于节约大量的网络能量，路径构建的效率大为提升，数据传输过程也更为安全、更加可靠。 (7)按需MSR协议22：为了实现负载平衡，在该协议中，多条路经的建立是根据源节点与目的节点之间的数据需求而定，路径的选择是根据权重函数由源节点而定。其优点是网络吞吐量有所提高、网络延迟有所、丢包率有所减少，缺点是较大的数据计算量。在设计WSN多径路由时，因为要考虑到WSN的节点能量受限，所以要将网络能效的提高和使用期限的增加作为首要的前提条件。与单经路由相比，在网络负载平衡、能量消耗均衡上多经路
30、由已经有了很大改善和提高，但多径路由协议的优化路径一旦建立就会被固定下来，此后就会被反复多次使用，这一缺点目前在实际应用中普遍存在。反复的利用一条优化路径将极大地消耗节点的能量，对多经路由发挥其优势造成一定的制约，使得网络能耗的分布不规则，网络的使用期限也受到一定程度的影响。而且，针对上面几个多径路由协议的分析与设计都只是在理论下开展的，在实际应用中，多径路由协议面临的困难问题还有很多，其中多路径的相互干扰最为严重。目前，在无线网络传输过程中，对传输效率和质量形成最大障碍的就是不同路径相互的信息干扰，这种干扰所造成的制约性作用和破坏性后果在WSN多径路由中表现的尤为突出。在当前的研究和实际应用
31、中，为有效降低这种信息干扰的影响所采用的抗干扰技术主要有两种：一种是信道分配，另一种是功率控制。信道分配抗干扰技术是通过内部信道之间的调配，使有干扰的传输数据相互分开，分别在频率不同的信道上并行传输，这不仅有效降低了通信干扰对数据传输的影响，也使得各个信道得到了更广泛、更充分的使用。为了通过分配不同的信道已达到促使网络干扰降低的目的，文献23-25、文献26都对抗干扰技术展开了不同层面的探索，前者将焦点放在了ad-hoc网络环境上，后者则将焦点放在了mesh网络环境上。以上文献在进行技术探索时忽略了网络能量因素的影响，所以得出的抗干扰算法与WSN的要求并不相符。在文献27中，创造的MMSN算法
32、是在抗干扰算法研究领域的一个创新，这也是明确系统性研究多信道MAC协议的第一篇文献。MMSN算法中涉及到的信道分配方式一共有四个：一是在两跳内，任意两个节点所使用的信道均不会重复出现；二是在两跳内，可以使用的信道出现不足时，节点传输数据的信道将随机产生；三是在一跳内，节点的信道是通过监视所有信道后选择出来的；四是节点对其他信道的选择，是通过自身ID与伪随机数生成器而得到的。从以上可以看出，这种算法的优点在于确实能使得网络干扰有所降低，但其缺点也很明显，无形中对网络资源形成一定的阻碍，使得信道得不到充分利用。为了解决这一问题，在对WSN的抗干扰的研究中不断出现更灵活、更动态的信道分配算法28,2
33、9，一种效率更高、安全性更好的动态信道分配算法在文献30中被设计出来，专门为密集WSN所设计的动态信道分配在文献31中被纳入研究领域，专门为WSN多信道所设计的并行协商McMAC协议在文献32中被提出。以上算法的设计出发点都是考虑WSN的能量受限特点，目的是通过信道分配使得网络干扰降低的同时耗费较小的能量，但对能量消耗的关注只集中在传输阶段。然而研究表明，与数据传输相比，信道切换所需要的能量是前者的1.1倍。所以针对WSN的能量受限特点，应该保证在分配信道时切换的次数尽可能少。为此，针对WSN的多信道，文献33中专门设计了一种Y-MAC协议，在该协议中，如果一个节在接收完数据后还要继续接收数据
34、，那么就会通过协议中的轻量级信道跳转机制换到另外的无线信道上，从而实现对信道的再次分配和对能量的节约。功率控制技术主要是对数据信息的发射功率进行控制和操作，从而使得信息传输的范围不断变化，摆脱特定干扰范围的影响，以此达到按照特定QoS要求进行数据传输的目的，同时避免干扰到其他节点的数据传输过程。作为一项降低网络干扰的基本技术，功率控制已经得到广泛研究和实际使用。因为一个节点在确定自身的发射功率时，不仅会对自身传输产生影响，还会影响到其他的邻居节点，因此功率控制在应用上的技术难度很高，某个节点面临的干扰与发出该干扰的节点的发射功率有着密切联系，前者随后者的变化而变化，就类似于博弈理论，任意两个相
35、互独立存在的节点同时又对对方造成一定的影响，国内外很多研究都开始在功率控制技术研究中引进博弈论34，目前取得的研究成果已经为数不少。例如，分布式博弈算法在文献35中的功率控制技术研究中被提出来；数据的随机访问博弈在文献36中的功率控制技术研究中被深入探讨；符合QoS要求的非合作博弈算法在文献37中的多路访问衰落信道模型中被设计出来；“NPG非合作博弈算法”在文献38中被提出，这种算法在当前的研究中非常具有代表性，也是第一次在研究领域中被涉及到。该算法中的收益函数的自变量是有效信息数量与干扰信息数量之比，由于各个节点之间存在着的非合作关系，每个节点为了将自身收益实现最大化，都将对其他邻居节点所造
36、成的干扰忽略而持续提高自身的发射功率，所以就算NPG算法最后可以是WSN网络实现纳什均衡，所达到的均衡状态也并非Pareto有效的。因此，为了提升Pareto效率，改善其有效性，专门针无线网络干扰所设计的补偿机制在文献39中被提到，在非合作博弈中引进代价函数的技术也在文献40,41被提到；一种以NPG算法和代价函数为基础的“合作博弈NPGP算法”在文献42中被提出，其优点是在实现纳什均衡的同时提升Pareto效率，其缺点是只考虑到了节点的发射功率，没考虑信号接收时的干扰、外界的噪声干扰、传输路径的增益等因素对信号质量好坏的重要影响作用，因此所得出的结果也并非全局的最优化。还有，当引进博弈过程后
37、，为了实现纳什均衡而进行的博弈参与者之间的信息交换，对网络能量造成极大浪费，这对是非常不利于WSN网络的。就无线网络的研究和应用现状而言，两种最重要的抗干扰技术信道分配和功率控制，二者之间相互独立，分别单独的被应用，都能很好的发挥各自的作用，有效降低环境对WSN网络的干扰。但现实应用中，这两种技术的交互关系不断导致二者的相互影响：一方面功率控制严重影响着信道分配，因为不同的信道所承担的传输数据的发射功率相互之间不一致，所以选择信道的区别就为信号带来了不同的干扰；另一方面信道分配也密切影响着功率控制，任何一个节点要在不对原有节点的数据传输造成影响的情况下成功传输自己的信号，就要根据信道的不同随之
38、选择变化不同的发射功率。正是基于以上两点考虑，如果想要在实际网络运行过程中有效降低干扰，最好的技术选择就是将信道分配技术和功率控制技术两者结合起来运用。但是在实际的WSN网络抗干扰技术优化应用研究中，尚还没有涉及到联合这两种技术的领域。在文献43中，研究者们虽然设计了声称是将信道分配和功率控制两种技术联合起来的算法，但也只是单纯的技术组合应用而已，对这两种技术相互间的影响并没有太多的考量，严格来说，并不能称之为联合优化抗干扰算法。所以对真正意义上的抗干扰优化算法的设计就十分迫切和必要。1.3 主要研究内容及组织结构安排本文主要是针对无线传感器网络进行研究，在此基础上设计出效率高、合理性强的多径
39、路由协议，提出行之有效的抗干扰算法，以便使WSN网络达到能耗均衡、生命期延长、数据传输质量改善、数据传输可靠性提升的目的。以下是本文在组织结构上的安排：第一章，首先综述了无线传感器网络的相关知识，包括结构组成、网络特点、实际应用等，然后对本课题的现实背景、理论意义和实际应用进行了阐述，继而对当前研究网络路由协议的现实情况进行了分析，最后总结了在路由协议的设计过程中普遍存在的两个制约因素：一是能量消耗分布不均，二是多路径相互间的严重干扰，从而明确了接下来的研究向。第二章，首先系统性阐述了关于多径路由协议的基础知识以及抗干扰算法的基本原理；然后分析探讨了多径路由的概念模型、基础结构、传输模式、技术
40、优势、发展方向，就无线网络中的“干扰”概念进行了阐述，对当前研究中常见的两种干扰模型进行了介绍，并对这两种模型做出了几何化分析；最后对以上两种模型在应用中所采用的抗干扰策略进行了介绍。奠定了后续研究和设计的基础。第三章，首先从节点的能耗、流量两者关系入手，有效化解之前的路由协议为实现负载平衡而在建立路径时只能从源节点与目的节点之间选择的制约，对多条路经进行合理调配，实现优化网络流量能效的目的，从而构建起WSN能量优化多径路由模型；再依托该模型，针对多径流量研究设计一种分配路由算法；然后通过仿真实验对该算法的合理性、有效性进行确认。第四章，针对多径路由传输干扰严重的问题，指出当前研究领域普遍采用
41、的信道分配和功率控制两种抗干扰技术间存在复杂的交互关系，单独采用任何一项技术都不能达到很好的抗干扰效果，进而提出一种WSN联合信道分配和功率控制抗干扰算法。该算法通过信道分配和功率控制联合优化节能的实现了无线传输的抗干扰，并对该算法进行理论分析与仿真实验，以验证算法的合理性和有效性。最后，对论文内容进行梳理回顾和总结，为该领域的继续研究做出设想。第2章 WSN多径路由及抗干扰研究基础2.1 引言WSN是一种基于数据的实用型网络。其缺点是不易更换，甚至无法进行更换,能量节点有限等。所以，WSN设计的首要目标就是如何延长网络寿命，使得能量的有效利用能够达到最大化。在目的节点和源节点构建途径的路由器
42、,把所采集到的信息输送给目的节点,从而实现了网络的各项功能的应用。多径路由的特点主要是能够有效利用贷款，提高网络的传输的可靠性，使得网络负载均衡。许多研究学者也对其越来越关注。本章主要对于WSN多径路由技术进行深入探讨，介绍多径路由的基本知识，并依据目前普遍使用的干扰模型中的两种，对于无线网络进行干扰分析，以提出对于多路径之间的严重存在的干扰问题进行分析，提出WSN抗干扰的策略，从而提出多径路由抗干扰的算法。2.2 无线传感器网络多径路由研究分析本节重点介绍多路径路由的基础，主体结构的多路径路由，多路径路由模式和传输模式的介绍，最后总结的优点，多路径路由和趋势得出抗干扰路由协议和算法设计。2.
43、2.1 多径路由模型目的节点与源节点之间的数据传输是有多天路径可以应用，叫做多径路由。其最早是在有线网络中进行应用的，但近年来，在无线通信技术的发展壮大下，多径路由因为其独特的优势所以在无线网络中被逐渐应用，从而对网络的鲁棒性和能量效率进行提高。WSN的多径路由模型如图2-1所示。其中，S代表源节点，D为目的节点，RA/RP表示采用的路由算法(Routing Algorithm, RA)或路由协议(Routing Protocol, RP)，则P(S, D)就可以作为目的节点D和源节点S之间的用某种算法或协议后的路径集合。目的节点和源节点之间的数据传输是通过路径集合P（S，D）中的数条路径进行
44、传输的。SDRA/RP路径集合P(S, D).图2-1 多径路由模型由于路径集合P（S,D）中，目的节点和源节点之间的数据传输有着多种路径，失去其有效性的路径中的一个或多个时，其他的路径中的路径集可以继续从源节点到目的地节点的数据传输，这就提高了传输的可靠性。多径路由的重新启动，必须是当P（S，D），在基本上所有的路径或路径失效，则重选路由的P（S，D）的路径上的集。2.2.2 多径路由的结构及传输模式2.2.2.1 多径路由的结构WSN必拓结构的路径进行分类的原则基础上相交多路径路由，可分为不相交的类型（Non-Disjoint），交叉型（Disjoint）这两种结构的多路径路由。如果没有交
45、叉的结构中，多路径路由的相关关系为基础的不相交（(Link-Disjoint）的结构的两种类型的节点和链路的节点（Node-Disjoint）和链接路径路由可分为两大类型。下面分别介绍这三种结构的多径路由：(1)节点不相交型结构的多径路由具有全局意义的不相交多路径路由结构节点不相交多路径路由结构。完全不相交的类型结构也被称为多路径路由。除了目的地节点和源节点之间的多个路径的任何其他共享链路和一个共同的节点。正如图2-2（a）所示的该S-A-B-C-D与路径S-E-F-G-D除了源节点S和目的节点D的路径，不具有任何共享的节点和链路。(2)链路不相交型结构的多径路由不相交的结构局部意义下的多路径
46、路由链路不相交多路径路由结构。缠绕型（Braided），也被称为多路径路由结构。即可以存在于其他共享节点中的多路径的源节点和目的节点之间，但没有其他共享链路。如图2-2(b)所示，路径S-A-B-C-D、路径S-A-B-F-D、路径S-E-B-F-D与路径S-E-B-C-D存在一个共用节点B，但这四条路径间不存在任何共用链路。(3)交织型结构的多径路由多径路由的交织型结构是指源节点到目的节点之间存在共用节点和共用的链路在其多条路径中。如图2-2(c)所示，源节点S到目的节点D的多条路径中，存在共用节点A、B、C、E、F和G，以及共用链路A-B、B-C、E-F、F-G、A-F、F-C、E-B和B
47、-G。S1DABCEGFa) 节点不相交型结构的多径路由ACSDEFBb) 链路不相交型结构的多径路由SDABCEFGc) 交织型结构的多径路由图2-2 多径路由的结构多路径路由的三层结构的上述不相交的结构，包括链路不相交的节点相交，它通过比较两种结构，多路径路由和多路径路由交错结构。交织型结构的多径路由因其存在共用节点和共用链路，所以有着资源的占用少的优点，这些链路及节点对于网络的资源可以共享。此外，在网络分部的密度相同的时候，交织型结构的多径路由因其链路及节点的共用的特征和对网络资源共享的特点而有着强大的搜索能力，不相交多路径路由结构更加明显的约束性。但是，常见的链路和节点特性，使结构的交织多路径路由的容错性差，因此，在上述三种结构，其中包括多路径路由节点不相交多路径路由结构具有强大的容错性能，链路不相交的多路径路由容错性能，其次由最坏的交错结构的多路径路由容错结构。链路分离型多路径路由的缺点是，在源节点到目的节点，多路径老化会导致连接到一个共同的节点的节点的路径故